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霍尔效应传感器基本组成及原理

发布日期:2020-08-12 18:33

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  霍尔效应传感器基本组成及原理 霍尔效应传感器是基于霍尔效应:当一块导 电的平面与磁力线垂直地放置在磁场中, 将在平面上产生一个与电流方向和磁场方 向都垂直的电场。如图1,当电流流过一个 半导体平面(霍尔单元),与电流平行的 两个端面引出两条导线作为输出信号端, 此时,没有磁场施加在半导体平面,输出 端的电压为零。 深圳市铭之光电子技术有限公司 传感器专家网如果与半导体平面垂直的方向加一个磁场 ,如图2,此时,有劳伦茨力施加在电流上 ,使电流分布变形,同时在输出端形成了 电位差。这个电位差就称为霍尔电压,它 的大小与流过的电流I及穿过的磁场强度成 正比。 深圳市铭之光电子技术有限公司 传感器专家网霍尔电压与电流I和磁场强度B的乘积成正比,对 于最常用的硅半导体材料,此比例系数是 7uV/Vs/Gauss,其中,Vs是生成电流I的电压。从 此系数可以看出,生成的霍尔电压是非常小的, 实际应用中,需要放大器对此信号进行放大。 硅半导体材料也有压电效应,当有机械变形时, 会引起其电阻值的变化,这样,当有应力引起硅 变形时,必将影响霍尔传感器的效果,实际应用 中,通常使用多个霍尔单元,来减小机械变形的 影响,如使用两个或四个霍尔单元, 霍尔单元只是个基本的磁传感器,贵州快3。对多数应 用来说,还需要信号调理电路,将信号放 大,同时增加温度补偿,使输出信号可以 被其他电路或系统使用。同时如果供电电 源没有稳压,还需要相应的电源调整电路 。 如图3,这是一个基本的霍尔传感器,因为霍尔电压 是与磁场强度成比例,而磁场是有方向的,当磁 场方向变化时,其生成的霍尔电压的极性也发生 变化。所以图中用的是双电源的差分放大器,它 需要正负两组电源,使设计复杂,为简化设计, 通常给差分放大器加上一定的偏置,从而只需要 单电源供电。 当磁场为0时,差分放大器输出一定 的基准电压,当感应到正向磁场时,放大器输出 的电压高于基准电压,当感应到反向磁场时,放 大器输出的电压低于基准电压,如图4是一个简单 的模拟电压输出的霍尔传感器。 对于模拟电压输出的霍尔传感器,当正向磁场强 度越大,输出的电压越高,当输出电压达到电源 电压的限制时,输出电压不在随正向磁场强度的 增大而增大,此时,电路达到饱和。同样,当反 向磁场强度越大时,输出的电压越低,当输出电 压达到电源地的限制时,输出电压不再随反向磁 场强度的增大而减小。 为了增加传感器接口的灵活性,满足更多应用的 要求,在差分放大器的输出端通常会加上射极开 路电路、集电极开路电路、或推挽式放大电路等 。 数字式输出霍尔传感器 在某些应用中,我们只需要高或低电平,或 者只需开或关的状态,这时,可以在传感 器的差分放大器输出端加上一级施密特触 发电路,如图5所示, 当磁场高于某个值时 ,霍尔传感器输出为高电平,而当磁场强 度下降到另一个值时,霍尔传感器输出变 为低电平。 霍尔效应传感器因其非接触测量、没有运动 部件、使用温度范围宽、响应速度快等特 点,应用越来越广泛,如用于感应电流的 变化,则是电流传感器,用于感应磁场的 变化,则可以做成位置传感器、接近开关 、速度传感器、磁传感器等。 霍尔元件基本结构 由霍尔片、引线和壳体组成, 如图所示。 霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片,引出四个 引线′两根引线加激励电压或电流,称 为激励电极;2、2′引线为霍尔输出引线,称 为霍尔电极。 霍尔元件壳体由非导磁金属、 陶瓷或环氧树脂封装而成。 在电路中霍尔元 件可用两种符号表示。 基本电路 ? RW调节控制电流的大小。 ? RL为负载电阻,可以是放大器的内阻或指示 器内阻。 ? 霍尔效应建立的时间极短(10-12~10-14S) ,I即可以是直流,也可以是交流。 ? 若被测物理量是I、B或者IB乘积的函数, 通过测量霍尔电势UH就可知道被测量的大小 。 深圳市铭之光电子技术有限公司 传感器专家网

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